摘要：本文主要研究水工混凝土表面修复问题，结合笔者工作经验与国内外修复技术，将广泛应用于土木工程领域中的聚丙烯纤维与玄武岩纤维加入到高强度砂浆之中，进而制成高强纤维修复砂浆，同时对该砂浆的力学性能、耐久性能、抗冲磨性能进行试验研究，探究砂浆中掺入纤维对其抗干缩能力、抗压强度、抗折强度的影响，分析其对砂浆力学性能的作用。
关键词：水工混凝土；纤维；修复砂浆；力学性能
在自然碳化、水流冲击、水体污染等多重原因作用下，我国的船闸、大坝、桥梁等建筑经多年运行，这些水工建筑多出现混凝土碳化、老化、剥落等问题，对其使用寿命与运行安全性造成极大威胁。因此，加强对水工混凝土表面修复工作对水工建筑及船舶交通领域有着重要意义。对此，我们应针对水工混凝土存在的问题，研发推广适宜的表面修复技术，以更加优质、便捷的修复技术对水工混凝土表面损伤进行全面有效的修复。较之一般混凝土，水泥基材料兼具弹一粘一塑性，属于复合型材料，不足之处在于脆性大、韧性不强，但是假若在水泥基材料中添入纤维材料，则可在很大程度上增强其抗压、抗折、抗冲击、抗弯及柔韧性能，同时提高其抗裂、坑渗性能。水泥基材料中添加纤维后所具有的高耐磨性、高韧性、高抗冲击性等特征对于抵抗高速挟砂水流具有较强的抗磨蚀与抗冲击作用，适用于容易受水力损害、自然力侵蚀的水工建筑的修复。鉴于此，本文选用聚丙烯纤维与玄武岩纤维制成高强度修复砂浆，通过试验探究配置后的纤维高强度修复砂浆的性能。
1.试验方法
1.1原材料
修复砂浆的配置选用P.O42.5的硅酸盐水泥为基础，砂石选用细度模数3.2的宜兴河沙，以GB-175-1999为执行标准，掺入纤维选用聚丙烯纤维与玄武岩纤维，掺入量分别为0.9kg/m3、1.2kg/m3，具体性能参数如表1所示。高强砂浆配比为：水泥：砂石：水：减水剂=1：1.5：0.26：0.007，聚丙烯纤维高强砂浆配为：水泥：砂石：高效减水剂：1：1.5：0.26：0.007，玄武岩纤维高强砂浆配比为：水泥：砂石：水：高效减水剂：1：15：0.26：0.007：0.0015.
表1 聚丙烯纤维与玄武岩纤维的性能参数.png)
1.2试验方法
砂浆干缩性能试验以《水工混凝土试验规程》为依据，抗压、抗折试验以GB177-85为依据，养护后试件在测试抗压、抗折强度上借助压力试验机与电动抗折试验机完成；抗冲磨试验以水下钢球法为主要手段。修复材料试件大小：300mm×100mm，三个试件一组进行试验。试件成型后，需在养护室中进行为期28d的养，之后才能开始为期3d的抗冲磨性能试验，磨损率结合抗冲磨强度对试件抗冲磨性能进行综合评价。抗碳化、抗渗性试验以《水工混凝土试验规程》为依据，抗冻性试验借助美国H-3185全自动快速动容试验机进行。
2.试验结果
2.1干缩性能试验结果
表2 修复砂浆各龄期平均干缩率.png)
图1 修复砂浆干缩率曲线图.png)
从表2看，砂浆空白样在1d、3d、7d的干缩率为3.88%、5.64%、7.52%，高强砂浆在1d、3d、7d的干缩率是3.14%、5.02%、7.36%，由此看来，在砂浆中添加高效减水剂可在早期抑制砂浆的干缩状况。影响修复砂浆收缩值的因素中，第一位的为含水量，含气量次之。在修复砂浆中添加减水剂，水灰比减少，较之空白样，高强砂浆收缩率降幅明显。在确保掺量适宜的情况下，聚丙烯纤维与玄武岩纤维在改变干所性能上差异较小，抵抗砂浆收缩作用明显，特别是砂浆早期收缩上改善效果显著。玄武岩高效砂浆较之空白样，龄期的增加下，二者对砂浆收缩作用随之减弱，待到28d后，二者对砂浆收缩没有明显的影响，由此看来，聚丙烯纤维与玄武岩纤维在砂浆收缩上有着明显的抵抗效果，进而减少了水泥砂浆出现微裂缝的概率，对强化水泥砂浆抗裂性有积极作用。
2.2抗压、抗折强度试验结果
表2 修复砂浆各龄期抗压强度.png)
图2 修复砂浆各龄期抗压强度曲线图.png)
表2 修复砂浆各龄期抗折强度.png)
图 2 修复砂浆各龄期抗折强度曲线图.png)
从表2、3，图1、2可看出，在普通修复砂浆中掺加高效减水剂对砂浆抗压、抗折性能有较大影响，高效减水剂对新拌砂浆可起到减水、塑化效果，由此对于不同龄期的修复砂浆有着明显的抗压、抗折效果。相较于未掺入纤维的砂浆，在砂浆中加入适量的聚丙烯纤维、玄武岩纤维，3d后，其抗压强度、抗折强度逐渐提高，但在龄期的不断增加下，与高强砂浆相比较而言，纤维高强砂浆在抗折强度上有所提升，但抗压强度有所减少，28d后，相较于高强砂浆，聚丙烯纤维、玄武岩纤维砂浆在抗压强度上有些许降低。由此看来，随着龄期的增加，掺入纤维的砂浆在力学性能上有些许减弱，说明纤维与水泥间存在老化问题，导致基材韧性降低。笔者认为，影响纤维掺入与砂浆强度关系的重要因素在于纤维的弹性模量，当掺入纤维弹性模量较高时，砂浆强度伴随时间推进二减弱；掺入低弹性模量纤维后，虽然砂浆强度也会随时间推进而减弱，但减弱力度较小。聚丙烯纤维与玄武岩纤维相比较来说，聚丙烯纤维的弹性模量更大，因此，当掺入量相同的情况下，玄武岩纤维浆体在时间的增长趋势下其强度明显减弱，28d时下降最为显著。
结语：
综上，高效减水剂因其显著的减水塑化效果，会在很大程度上抑制砂浆早期的干缩效果。在掺入量适宜的情况下，聚丙烯纤维、玄武岩纤维在改善砂浆干缩性能上无显著差异，在抵抗砂浆早期收缩上效果明显。普通砂浆掺入纤维后，其抗压、抗折强度明显增强，但影响其长期力学性能。由于玄武岩纤维有着较大的弹性模量，因此在适宜的掺入量下，玄武岩纤维砂浆随着龄期增加强度下降显著。另外，掺入聚丙烯纤维与玄武岩纤维的砂浆在耐久性能上也有明显提升。
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论文作者:丁艳芬
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/17
标签：砂浆论文; 玄武岩论文; 纤维论文; 水工论文; 性能论文; 强度论文; 混凝土论文; 《基层建设》2016年13期论文;